業(yè)界專(zhuān)家擘劃5G RF技術(shù)

　　根據無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域的專(zhuān)家們表示，預計在2020年以前，5G蜂巢式網(wǎng)路可望產(chǎn)生兩種新的空中介面，以及基于新興大規模 MIMO (Massive MIMO)技術(shù)的新天線(xiàn)設計。與此同時(shí)，LTE將突破Gbit/s瓶頸。

　　在日前由Wi-Fi業(yè)者Quantenna舉辦的‘The Future of Wireless Summit’大會(huì )上，英特爾(Intel)首席無(wú)線(xiàn)技術(shù)專(zhuān)家Kenneth Stewart在發(fā)表專(zhuān)題演講時(shí)指出，“我們應該為毫米波頻段開(kāi)發(fā)一種新的空中介面。同時(shí)，用于存取物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的另一種空中介面應該也有一些機會(huì )。”

　　Stewart建議，在范圍廣泛的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，有些裝置可從量身定制的空中介面中受益，例如那些“在傳送之前不必同步的裝置……我們希望看到針對特殊用例的創(chuàng )新。”

　　Stewart 認為，LTE和WiFi在5G出現后仍會(huì )繼續存在很長(cháng)一段時(shí)間。他介紹了一種2020年的無(wú)線(xiàn)晶片概念(圖1)：利用全套3G、4G和5G介面，除了 802.11ax Wi-Fi和藍牙5.0外，還支援多達60個(gè)LTE頻段。“我們認為要推出這樣的裝置基本上沒(méi)有什么困難。”

　　圖1：2020年時(shí)的無(wú)線(xiàn)晶片概念圖。

　　他并鼓勵大家發(fā)明適合使用這種晶片組的殺手級手機：“我們尚欠缺的是針對5G網(wǎng)路的裝置或使用者體驗，就像iPhone對3G或4G網(wǎng)路的推動(dòng)作用——它必須先部署這些網(wǎng)路。我們還沒(méi)有見(jiàn)到能夠充分發(fā)揮未來(lái)5G網(wǎng)路優(yōu)勢的裝置。我們認為目前正存在著(zhù)尋找和提供這種裝置的大好機會(huì )。”

　　與會(huì )專(zhuān)家們普遍同意5G的進(jìn)展主要將取決于毫米波頻率和大規模MIMO天線(xiàn)的使用。Stewart強調，“5G的主要利益與優(yōu)勢均取決于28GHz至90GHz范圍內的毫米波的應用。”

　　英特爾已經(jīng)朝此方向邁進(jìn)，推出了一款名為Maple Peak的60GHz WiGig產(chǎn)品。該產(chǎn)品主要用于無(wú)線(xiàn)筆記型電腦擴充基座，采用了一個(gè)2×8覆晶晶片鍵合的天線(xiàn)陣列。“其挑戰主要在于功效，目前在這個(gè)領(lǐng)域還有許多基礎工作要做。”

　　ITU則為5G網(wǎng)路制定了一系列的目標(見(jiàn)表1)，包括針對某些服務(wù)超過(guò)10Gbit/s的資料速率。“我們相信毫米波頻段的Wi-Fi和LTE能夠達到這個(gè)目標。”

　　表1：ITU的5G網(wǎng)路規定。

　　Stewart預期LTE將能在未來(lái)十年后達到Gbit/s的資料速率，“如果幸運的話(huà)，”手機也將能在相同頻段中使用諸如大規模MIMO等技術(shù)收發(fā)資料。 被譽(yù)為‘大規模MIMO之父’的貝爾實(shí)驗室(Bell Labs)科學(xué)家Thomas Marzetta在大會(huì )的一場(chǎng)專(zhuān)題討論中介紹這項技術(shù)的最新研究進(jìn)展。其中的一項實(shí)驗利用675支天線(xiàn)成功地為10位使用者提供Gbit/s級的速率。另一次實(shí)驗則為同一蜂巢式網(wǎng)路中的每位用戶(hù)提供5Gbit/s的速率，即使位于蜂巢式網(wǎng)路邊緣的用戶(hù)也能達到這個(gè)速率。

　　Marzetta表示，“我們還沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)使用相對更小的頻譜。畢竟10倍的提升并不容易達到，而大規模MIMO能夠輕松升級甚至超過(guò)10倍的改善，而且不需要復雜的訊號解碼。”

　　大規模MIMO技術(shù)預計將淘汰當今使用的點(diǎn)對點(diǎn)MIMO系統，而且可能不再需要使用小型蜂巢式基地臺，Marzetta指出，“我認為L(cháng)TE和Wi-Fi如果無(wú)法轉型至大規模MIMO的話(huà)，可能就必須準備提前退場(chǎng)了。”

　　不過(guò)，Stewart指出，要以較低成本搭建具有一致性能的這種天線(xiàn)陣列，目前仍面臨許多艱巨的挑戰，“針對這項技術(shù)，目前在資訊理論和建置團隊之間仍然缺乏有效的溝通。”

　　Marzetta也表示，大規模MIMO在他的母公司阿爾卡特-朗訊(Alcatel-Lucent)也仍然是一個(gè)研究課題。小型蜂巢式基地臺仍是該公司發(fā)展策略的重要基礎。

　　有‘MIMO之父’尊稱(chēng)的史丹佛大學(xué)教授A(yíng)rogyasawami Paulraj表示，當今的802.11ac可支援下行鏈路通道的多用戶(hù)MIMO，但Quantenna等公司必須推動(dòng)對于上行鏈路的支援，才能滿(mǎn)足像體育館等應用。

　　新興大規模MIMO技術(shù)是毫米波傳輸中波束成型技術(shù)的關(guān)鍵。毫米波可以穿過(guò)植物等可能使訊號衰減達8至10dB的障礙物，Paulraj指出。他表示目前已經(jīng)與美國監管部門(mén)就支援毫米波波束成形技術(shù)所需的規程修改進(jìn)行了磋商。

　　在5G網(wǎng)路中，資料可能在寬頻毫米波通道上傳輸，而控制訊號則走較慢的3G網(wǎng)路，他補充道。“但不管會(huì )遇到什么問(wèn)題，毫米波頻率肯定會(huì )得到應用，雖然一開(kāi)始可能會(huì )出現較大吞吐量時(shí)有時(shí)無(wú)的情形。”

　　英特爾的Stewart和Paulraj一致認為，5G將會(huì )由多種技術(shù)共同組成，包括大規模MIMO LTE、多種Wi-Fi，甚至藍牙。

　　“1G、2G、3G和4G的推動(dòng)力來(lái)自頻譜效率和吞吐量的成長(cháng)，但5G更加關(guān)注于多種頻譜和技術(shù)的整合，以便為用戶(hù)帶來(lái)一個(gè)統一的網(wǎng)路介面。”Stewart表示，“要在上層網(wǎng)路整合所有的技術(shù)于單一流程，目前還面臨著(zhù)重大的挑戰。”

　　圖2：隨著(zhù)新的5G網(wǎng)路興起，原有的空中介面仍將繼續使用一段時(shí)間。